JP2015189993A - アルミニウム合金鍛造材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】特定の組成として、ScとZrとを同時に含む6000系アルミニウム合金鍛造材として、SEM−EBSD法により測定される、傾角が2°以上、15°未満の小傾角粒界の長さの合計が20mm以上であるように組織を微細化する。
【選択図】図1
Description
これはScが希土類元素として高価にすぎ、比較的安価な6000系アルミニウム合金への実際の適用可能性への疑問から、前記特許文献3、4などの高価な2000系アルミニウム合金の分野にしか、その効果や適用が検討されなかったことによると推考される。
先ず、本発明鍛造材や、鋳造材の素材である鋳塊の、アルミニウム合金の化学成分組成について、以下に説明する。
Siは、Mgとともに人工時効処理により、主として針状β' 相として析出して、自動車足回り部品使用時の高強度 (耐力) を付与するために必須の元素である。Siの含有量が少な過ぎると、人工時効処理で十分な強度が得られない。一方、Siの含有量が多過ぎると、鋳造時および溶体化処理後の焼き入れ途中で、粗大な単体Si粒子が晶出および析出して、耐食性と靱性を低下させる。また、過剰Siが多くなって、高耐食性と高靱性高疲労特性を得ることができない。更に伸びが低くなるなど、加工性も阻害する。したがって、Siの含有量は0.7〜1.5%の範囲とする。
Mgも、人工時効硬化処理(時効処理)により、Siとともに、主として針状β' 相として結晶粒内に析出し、自動車足回り部品の高強度 (耐力) を付与するために必須の元素である。Mgの含有量が少な過ぎると、人工時効処理時の時効硬化量が低下する。一方、Mgの含有量が多過ぎると、強度 (耐力) が高くなりすぎ、鍛造性を阻害する。また、溶体化処理後の焼き入れ途中に多量のMg−Si化合物や単体Siが析出しやすく、却って、強度、靱性、伸び、耐食性などを低下させる。したがって、Mg含有量は0.6〜1.2%の範囲とする。
ScとZrとは、均質化熱処理時およびその後の熱間鍛造時に、Al3(Sc、Zr)系の金属間化合物からなる分散粒子 (分散相) を生成し、再結晶後の粒界移動を妨げ、結晶粒の粗大化を防止するとともに、結晶粒を微細化させる効果がある。すなわち、微細な分散粒子をより高密度に形成して、鍛造材での再結晶および粒成長を抑制する。これによって、鍛造材表層部の再結晶層をより薄くでき、しかも、この鍛造材の表層部を除く内部の結晶粒組織を、従来の限界を超えて微細化できる。具体的には、SEM−EBSD法により、500μm×500μmの範囲で測定される、傾角が2°以上、15°未満の小傾角粒界の長さの合計が平均で20mm以上であるように微細化できる。鍛造材内部の結晶粒をこのように微細化させることによって、保安部品としての鍛造材の耐食性を保証でき、強度および靱性の向上も見込める。
Fe、Mn、Cr、Cu、Ti、Znは、鍛造材の強度や靱性を向上させる元素であるので、これらの効果を期待する場合には、一種または二種以上選択的に含有させる。
以上の合金組成を前提に、本発明では、自動車などの輸送機の構造材や構造部品、特に自動車足回り鍛造部品などとしての鍛造材につき、再結晶による粗大な再結晶粒組織が発生せず、微細な未結晶粒組織を備えるようにする。これによって、本発明では、鍛造材をより高強度化、高靱性化および高耐食性化させることができる。
また、平均結晶粒径の測定に、400倍程度の光学顕微鏡を用いた場合、サイズが大きい再結晶粒の光を反射しやすく色が淡い特性や、サイズが小さいその他の亜結晶を含めた結晶粒の色の濃さとの、色の濃淡の違いや、あるいは互いのサイズの違いで識別している。このため、本発明のSEM−EBSP法による結晶粒組織の同定に比して、測定が不正確とならざるを得ない。
これらの測定は、実施例にて後述する通り、鍛造材の再結晶している表層部を除く内部の部位として、例えば鍛造材の中央部の任意の部位3箇所から試料を採取して、各々測定試料とする。この際、鍛造材の表層部は、400倍の光学顕微鏡を用いて、鍛造材の表層部を含む断面に占める再結晶した結晶粒が粗大な表層領域(一般に試料表層あるいは表層近傍)を判別して、測定対象から除外できる。
具体的な測定方法は、前記測定部位から採取した測定試料(3個)の断面を研磨後、化学エッチングして、400倍の光学顕微鏡を用いて、試料断面に占める再結晶した表層領域を判別して、測定対象から除外する。そして、SEM−EBSPを用いて、鍛造材表層部を除く、500μm×500μmの測定範囲における、傾角が2°以上、15°未満の小傾角粒界の長さ(mm)の合計を測定して、前記採取、測定した試料数3個で平均化する。
本発明のアルミニウム合金鍛造材表層部の再結晶層は、最表面からの平均深さが5mm以下であることが好ましい。この再結晶層の深さは、鍛造材の耐食性として、保安部品としての信頼性に関わり、引張強度などの機械的特性にも影響する。
次に、本発明におけるアルミニウム合金鍛造材の製造方法について述べる。本発明におけるアルミニウム合金鍛造材の製造工程自体は、前記組成を有するアルミニウム合金鋳塊を均質化熱処理後、熱間鍛造加工を行い、この鍛造材に溶体化および焼入れ処理と人工時効処理とを施す、常法により製造が可能である。すなわち、余分な工程となる鋳塊の熱間押出加工を行わずとも製造が可能である。但し、自動車足回り鍛造部品などとして、前記組織を有し、高強度化、高靱性化および高耐食性化させるための、以下に示す好ましい製造条件がある。
前記特定アルミニウム合金成分範囲内に溶解調整されたアルミニウム合金溶湯を鋳造する場合には、連続鋳造圧延法、半連続鋳造法(DC鋳造法)、ホットトップ鋳造法等の通常の溶解鋳造法を適宜選択して鋳造する。
鋳造した鋳塊の均質化熱処理は450〜580℃の温度範囲に2時間以上保持して行う。均質化熱処理温度が450℃未満では、温度が低すぎて鋳塊を均質化できず、均質化熱処理温度が580℃を超えると、鋳塊表面のバーニングが発生する。なお、均質化熱処理後で、熱間鍛造に先立つ押出加工は、不要であるが、所望であれば施しても良い。
均質化熱処理後の鋳塊を再加熱し、材料温度が430〜550℃の範囲、金型温度が100〜250℃の範囲、最小の肉厚減少率が25%を超えるとともに、最大の肉厚減少率が90%未満の条件で熱間鍛造加工を行う。熱間鍛造は、メカニカルプレスによる鍛造や油圧プレスを用いて、自動車足回り部品の最終製品形状 (ニアネットシェイプ) に鍛造加工される。
この熱間鍛造後に、自動車足回り部品としての必要な強度および靱性、耐食性を得るためのT6、T7、T8等の調質処理を適宜行う。T6は溶体化および焼き入れ処理後、最大強さを得る人工時効硬化処理である。T7は溶体化および焼き入れ処理後、最大強さを得る人工時効硬化処理条件を超えて過剰時効硬化処理である。T8は溶体化および焼き入れ処理後、冷間加工を行い、更に最大強さを得る人工時効硬化処理である。
小傾角粒界の長さは、前記した測定方法により、再結晶した表層部を除く、鍛造材中心部の組織における、SEM−EBSD法により500μm×500μmの範囲で測定される、傾角が2°以上、15°未満の小傾角粒界の長さの合計(mm)を測定して平均化した。
再結晶深さは5mmを超えるとき×、1mm以上、3mm以下を○、3mm未満を◎、1mm以下を◎◎とした。○または◎、◎◎は合格と判定した。
前記鍛造材中央の任意の3箇所から、表層部(再結晶層)を含めて採取した測定試料から、引張試験片 (L方向) を3個作製して、引張強度(MPa) 、0.2%耐力(MPa) 、伸び(%) などの機械的性質を各々測定し、これら3個所(試験片3個)の各平均値を求めた。
比較例16はMgが過多(表1の合金番号14)で、表2の通り、前記傾角が2°以上、15°未満の小傾角粒界の長さの合計が平均で20mm以上を満たすものの、伸びが低すぎる。また、耐食性も低い。
比較例17はSiが過少(表1の合金番号15)で、表2の通り、前記傾角が2°以上、15°未満の小傾角粒界の長さの合計も平均で20mm未満であり、前記図2のように結晶粒の微細化が達成されておらず、強度が低すぎる。
比較例18はSiが過多(表1の合金番号16)で、表2の通り、前記傾角が2°以上、15°未満の小傾角粒界の長さの合計が平均で20mm以上を満たすものの、伸びが低すぎる。また、耐食性も低い。
比較例20は、Zrを、Fe、Mn、Crなどとともに含むものの、Scを含まず(表1の合金番号18)で、表2の通り、前記傾角が2°以上、15°未満の小傾角粒界の長さの合計も平均で20mm未満であり、再結晶深さが5mmを超えており、強度が比較的低い。
比較例21は、Sc、Zrをいずれも含むものの、Scが過多(表1の合金番号19)で、表2の通り、前記傾角が2°以上、15°未満の小傾角粒界の長さの合計が平均で20mm以上を満たすものの、伸びが低すぎる。また、耐食性も低い。
比較例22は、Scを、Fe、Mn、Crなどとともに含むものの、Zrを含まず(表1の合金番号20)で、表2の通り、前記傾角が2°以上、15°未満の小傾角粒界の長さの合計も平均で20mm未満であり、再結晶深さが5mmを超えており、伸びが低すぎる。
比較例23は、Sc、Zrをいずれも含むものの、Zrが過多(表1の合金番号21)で、表2の通り、前記傾角が2°以上、15°未満の小傾角粒界の長さの合計が平均で20mm以上を満たすものの、伸びが低すぎる。また、耐食性も低い。
比較例24は、Feが過多(表1の合金番号22)で、表2の通り、前記傾角が2°以上、15°未満の小傾角粒界の長さの合計が平均で20mm以上を満たすものの、伸びが低すぎる。また、耐食性も低い。
比較例25は、Mnが過多(表1の合金番号23)で、表2の通り、前記傾角が2°以上、15°未満の小傾角粒界の長さの合計が平均で20mm以上を満たすものの、伸びが低すぎる。また、耐食性も低い。
比較例26は、Crが過多(表1の合金番号24)で、表2の通り、前記傾角が2°以上、15°未満の小傾角粒界の長さの合計が平均で20mm以上を満たすものの、伸びが低すぎる。また、耐食性も低い。
比較例27は、Cuが過多(表1の合金番号25)で、表2の通り、前記傾角が2°以上、15°未満の小傾角粒界の長さの合計が平均で20mm以上を満たすものの、耐食性が悪い。
比較例28は、Znが過多(表1の合金番号26)で、表2の通り、前記傾角が2°以上、15°未満の小傾角粒界の長さの合計が平均で20mm以上を満たすものの、耐食性が悪い。
Claims (3)
- 質量%で、Si:0.7〜1.5%、Mg:0.6〜1.2%、Sc:0.05〜1.0%、Zr:0.05〜0.50%を各々含み、残部Alおよび不可避的不純物からなる組成を有し、再結晶した表層部を除く組織において、SEM−EBSD法により500μm×500μmの範囲で測定される、傾角が2°以上、15°未満の小傾角粒界の長さの合計が平均で20mm以上であることを特徴とするアルミニウム合金鍛造材。
- 前記アルミニウム合金鍛造材が、更に、質量%で、Fe:0.01〜0.5%、Mn:0.05〜0.8%、Cr:0.01〜0.5%、Cu:0.05〜1.0%、Ti:0.01〜0.1%、Zn:0.005〜0.2%の一種または二種以上を含有する請求項1に記載のアルミニウム合金鍛造材。
- 前記アルミニウム合金鍛造材が自動車の足回り部品用である請求項1または2に記載のアルミニウム合金鍛造材。
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